超长距离顶管施工中的中继间技术及实例分析.docx

1、超长距离顶管施工中的中继间技术及实例分析超长距离顶管施工中的中继间技术及实例分析第25卷第3期2008矩非开挖技术TrenchlessTechnologyV01.25.No.3June,2008超长距离顶管施工中的中继间技术及实例分析吴坚胡丽娟z(1.杭州市市政工程集团有限公司;2.浙江耀信工程造价咨询有限公司)摘要:考虑到超长距离顶管施工在我国市政工程的应用越来越广泛,本文详细介绍了在超长距离顶管施工中采用中继间这一关键技术的方法,并结合两个工程实例具体说明采用中继间的方法和成功经验,为我国的超长距离顶管施工技术提供指导.关键词:超长距离顶管,中继间,接力顶进1我国超长距离顶管技术的现状超长

2、距离顶管是为了满足大口径管道穿越江河或地面构筑物,通向水域等需要,发展起来的一项敷设管道的新技术.从1987年我国完成第一根超长距离顶管以来,超长距离顶管施工技术在工程实践中得到了广泛的应用.现将已完成的我国超长距离项管工程简要介绍于表1.通过这些年来的研究和工程实践,我国的超长距离顶管施工技术得到了很大的发展.顶进设备基本上与世界先进水平同步,施工技术也有了很大的提高与进步.超长距离顶管技术的发展,同时也带动了整个顶管技术的提高,特别是在沿海一带,顶管施工已被广泛应用.超长距离顶管施工技术的发展主要表现在如下几个方面:1)工具管形式多样化,性能更加完善;2)新型中继间的应用;3)超长距离混凝

3、土顶管的快速发展;4)高压供电的采用;5)长距离泥水输送技术;6)曲线顶管测量技术等.其中,采用中继间接力顶进是一项重要的技术措施.一般顶管中,中继问使用的数量很少,控制简单,对其性能也没有特别的要求.而在长距离顶进中,中继间的数量少则七八个,多则近二十个,这就需要简单实用的办法对这么多的中继间进行操作控制,同时,由于中继间的使用频率很高,需要中继间具有良好的密封性能.下面对超长距离顶管施工中的中继间技术进行详细分析.2中继间接力顶进技术在超长距离顶管施工中,为增加顶进距离,可以采用的措施有许多,如提高混凝土的抗压强度,采用玻璃纤维管或钢管;减小管壁与土的摩擦阻力,如采用注浆减摩.但是,上述这

4、些措施往往难以满足长距离推进的要求,而中继间技术的出现为超长距离顶管施工提供了可能.2.1中继间的型式中继间,有的也称作中继站或中继环.中继间的结构主要由壳体,油缸,密封件等部件组成.中继问的供油方式一般是在中继间附近安装一台中继间油泵.在顶进过程中,中继间安装在管道中的某个部位,把管道分为若干个顶进区间.顶进时,先由若干个中继间按先后顺序把管道顶进一段距离,然后由主顶装置顶进最后一个区间的管道,这样不断重复,直到整条管道贯通.管道贯通后,需按先后顺序拆除中继间内部的油缸,然后按设计要求对中继问部位进行处理.中继间的型式与顶进采用的管材,管节的接头型式,密封要求等有关,一般是根据工程的具体情况

5、,采用与之相匹配的中继间型式.在超长距离顶管中,选择中继间的型式时,要结合超长距离顶管的特殊性和复杂性,充分考虑中继间的耐磨性和密封性能,确保在施工过程中能够稳第25卷第3期吴坚胡丽娟:超长距离顶管施工中的中继间技术及实例分析37表1超长距离顶管工程实例工程名称工程地点顶(m)管径(m)工具管形式管弑中继间数量深圳市污水排海深圳市1O532.2O华侨戏陵2.64气压反铲钢筋砼1O星火开发区上海市15111.6O网格水力钢筋砼2O排放管1.94机械化奉贤污水排海上海市18561.65小刀盘土工程2.OO压平衡钢筋砼14嘉兴污水排海嘉兴市2O6O2.OO工程2.40泥水平衡钢筋砼8上海南市水厂上海

6、市112O3.OO网格水力钢管14过江顶管工程机械化汕头市自来水网格水力厂过海输水顶汕头市11402.OO钢管1O管工程机械化厦门污水排海网格水力顶管工程厦门市1O5O1.8O钢管11机械化深圳妈湾污水深圳市16O92.40网格水力钢管32排海顶管工程机械化上海上游弓J水工程中的陇西上海市129O2.2O钢管1O支线顶管上海市上游引水工程中的长上海市17433.5O钢管18桥支线顶管定,安全,可靠地运行.2.2中继间的布置中继间的布置除了要与经理论计算出的顶力相配外,还要充分考虑到工程的实际情况.一般情况下,第一只中继间应放在比较靠前的位置,当总的推力达到中继间总推力的40%60%时,就应安放

7、第一只中继间,这主要是考虑到在顶进过程中,工具管正面的阻力会因土质条件的变化而发生较大的变化.第一只中继间以后,每当推力达到中继间总推力的70%80%时,就应安放下一只中继间.中继间的布置除了通过计算外,还要结合顶进施工时的具体情况进行分析调整.一2.3中继间的运行中继间的运行可分为联动控制(自动控制)和手动控制.联动控制是指中继间按照设定的程序自动运行,而手动控制是由人工操作的.在长距离顶管施工中,为了确保万无一失,联动控制(自动控制)和手动控制两种方式是同时设置的,且两种方式之间是可以相互转换的,在顶进过程中可以根据实际情况采取相应的运行方式.在长距离顶管中,采用的中继间较多,为了提高顶进

8、效率,要对中继间采用编组运行,通常可采用几个中继间为一组,如采用三只中继间一组,则编组顶进的程序是:首先顶进第一只中继间,顶至行程时停止;然后依次顶进第二只中继间和第三只中继间顶进,每一只顶至行程时停止再开始顶同组的另一只.当第三只中继间顶进结束后,开启第四只中继间顶进,这时第一只中继间也可同时开始顶进.编组方法应根据使用中继间的数量和位置进行调整.2.4中继间的防渗超长距离顶管顶进距离要超过千米,布置在前面的中继间,来回动作达一万次,这对任何性能的密封圈来说都是很难达到不被磨损,也就无法保证中继间在使用过程中不会渗漏,而中继间的渗漏与工程能否成功息息相关.因此对超长距离顶管来说选择一种性能优

9、越的中继间是十分重要的.组合密封中继环是在综合钢管顶管中继环和混凝土顶管中继环的优点基础上设计而成的,其最显38非开挖技术TrenclessTechnology2008正着的特点是密封装置与管道是组合而成的,既可以安装一道,也可以安装多道.该密封装置既可以用于钢管顶管,又可以用于混凝土顶管,其特点是密封圈磨损后可以在常压下方便地更换,目前该装置己通过2527m高水头下的施工实践.3工程实例一3.1工程概况2000mm排海管道工程是嘉兴市污水处理工程的一个重要组成部分.正常排放管总长2060m,管道内径q2OOOmm,从高位井向大堤外顶进,埋深9.3021.81m,出洞口管内底标高一20.23m

10、,前1747.5m为下坡(一2.5)顶进,最后302.5m为平坡顶进,终点管内底标高-24.60m.顶进施工采用FB型钢承口式钢筋砼管,楔形橡胶圈接口,多层胶合板衬垫.3.2地质资料顶进轴线上方覆土为粉土层;淤泥质粉质粘土,局部夹少量薄层粉土;粉质粘土.地质资料剖面图如图1所示.3.3中继间应用正常排放管总长2060m,在出洞后的150m200m范围内顶进断面主要为层砂质粉土夹粉砂,随后的顶进主要在层淤泥质粉质粘土和淤泥质粘土中进行.因土层变化较大,顶进阻力在各土层中不同,考虑到长距离顶管的特殊性并结合以往同类工程的施工经验,原施工组织设计中拟布置14只中继间进行接力顶进.中继间采用二段一铰可

11、伸缩的套筒承插式结2+7f32+3.8O-7.85一一Z高位井正常捧放蕾,;蔫星窿一一25.55fl獭话诒Z豳表2中继间位置中继位置(管节间距累计距问后)(/I)离(/I)110303024296186385129255416524049552502557506330240990741525512458495240148595802551740主顶3102050构,偏转角=2.,端部结构形式与所选用的管节形式相同,外形几何尺寸与管节基本相同.在铰接处设置二道可径向调节密封间隙的密封装置,确保顶进时不漏浆,并在承插处设置可以压注润滑脂的油嘴,以减少顶进时密封圈的磨损.中继间的铰接处设置4只注浆孔

12、,顶进时可以进行注浆,减小顶进阻力.顶进至194.1米时,根据顶进施工所获得的数据计算,管节外壁和周围上体的摩阻力介于0.20.3t/m2,是比较小的.根据计算结果,并结合以往的施工经验,对中继间的位置做出了适当调整,以减少中继间的投入,并能确保顶进的顺利进行.由于第1,第2号中继问已经放置,第3号中继间位置也已确定(因电缆等的长度已定),因而中继问布置从第4只开始调整.调整后,正常排放管共设置九只中继景壤土淤泥质糟质粘土粉土淤泥质粘土砂质粉土夹粉砂粘质粉土粘土一粉质粘土粘质粉土夹粉质帖士阿1顶进沿线地质剖而罔间,具体布置位置见表2.表中间距及距离中未计中继间长度,其长度在第9号中继间后计入调

13、整.顶进至1102.3米时,根据顶进施工至今所获得的数据计算,管节外壁和周围上体的摩阻力为0.05t/m左右,波动过程中基本不超过0.1t/m.此时中继间布置了五只.经计算并结合顶进施工的工艺要求,又对中继间的位置做出了调整.因第1至第5号中继间已经放置,因而中继问布置从第6只开始调整.调整后,正常排放管共设置八只中继第25卷第3期吴坚胡丽娟:超长距离顶管施工中的中继间技术及实例分析39表3中继间位置中继位置(管节间距累计距间后)(m)离(m)1103030242961263851292554165240495525025575063723661116747230014168557255167

14、1主顶3792050问,具体布置位置见表3.表中间距及距离中未计中继间长度,其长度在第8号中继问后计人调整.由于先后两次根据实际情况调整了原来的中继间布置,最终只设置了8只中继间,节约了大量的资金,也减少了后期处理工作.4工程实例二4.1工程概况奉贤污水南排是奉贤县政府为保护地面水质,改善投资环境而建设的重大市政基础设施工程.北起奉浦工业开发区,南至杭州湾,总管全长24km,沿途设6座泵站.出海管段工程包括高位井一座,平面尺寸11.4m8.6m,高28.8m,采用沉井法施工;污水放流管一根,全长1856m,采用顶管施工一次连续顶进到位;污水放流管端部200m内设14根排海扩散竖管,采用垂直顶升

15、法自管内顶出海底.4.2中继间接力顶进由于本次顶进距离长达1856m,而且管节结构最大允许顶力为6000KN,因此仅靠主顶顶力是无法顶进到终点的.必须设置一定数量的中继间,采取逐段接力顶进.当顶进总推力达到中继顶总推力的70%-80%时,就应设置一只中继问.本次超长距离顶管中继顶结构,采用二段一铰可伸缩的套筒承插式钢构件.在铰接处设置二道可更换可径向调节密封间隙的密封装置,并设置4只可以压注1号锂基润滑油脂的油嘴,以减轻顶进时密封圈的摩损.还设置有4只注浆孔,顶进时可进行注浆,以减小顶进阻力.结合本工程的特殊情况研制了一种新型的中继间,用于接力顶进.这种中继间采用双道可调节橡胶密封圈进行密封,

16、其中有一道密封圈是可更换的,密封圈内圈有环向压板将密封圈压紧,每块压板上有一个调节螺栓来调节密封圈的压密量,如果密封效果不好,通过压紧压板可以改善密封状况.两道密封圈中有一道事先是压紧的,另一道的压板则是放松的,留作备用,若一道密封圈损坏,就使用另一道.顶进使用的砼管节允许使用顶力600t,中继间的装备顶力为800t.中继间长为1.5m,最大顶速可达5cm/min,每次顶进的长度为30cm.根据理论计算并结合顶进的工艺要求,本次顶进一共布置了十一只中继间.中继问布置见图2所示.在实际施工时,由于侧向摩阻力比理论值要小很多,只使用了第七和第十两只中继间进行接力顶进.因预想采用的中继问较多,故对中

17、继间采用顺序编组,编组的方法是:每三只中继间一组,第一至第三只中继间为第一组,第四至第六只中继间为第二组.编组顶进的程序是:第一只中继间顶进,顶至行程时停止;第二,三只中继问依次顶至行程时停止.第一顶进结束后,开启第二组中继间顶进,同时第一只中继问也可同时开始顶进.原设计所有的中继间是通过联动装置控制的,按设定的程序自动运行,施工时如有特殊情况,也可改为手动控制,由人工操作.通过本工程的应用,在中继间的设置和运用上有两点值得总结.一是减阻泥浆效果的好坏和轴线控制的好坏直接影响中继间的布置,减阻效果好和图2中继间布置图非开挖技术TrencldessTechnology2008年轴线控制得好,则相

18、邻中继间之间距离可以适当增大;反之则可能要减小.二是当顶进管道的覆土深度较大时,按理论计算出的顶进管壁摩阻力比实际值偏大,因此在覆土深度较深的顶进施工中,摩阻力的计算应采用更接近实际的计算方法.4结论及建议1)中继间的布置是长距离顶进施工中的难点,布置数量应周密考虑,中继间设置过多会造成不必要的浪费,布置过少则无法满足顶进需要.2)对中继间采取合理编组在是中继间技术运用中的一个重要技术手段,编组方法除应采取合适的土压力计算公式计算顶进时的摩阻力外还应考虑具体工程的实际情况.3)在具体工程中应及时利用前面组顶进的摩阻力数据来调整中继间的布置及编组,使中继间的设置最合理和经济.4)现在采用接力顶进的中继间,一次顶进距离只有2025cm,这极大地制约了顶进施工的速度,研制并使用长行程的中继间可以有效地解决超长距离顶进施工的速度问题.如果中继间的有效行程由25cm提高到100cm,则接力顶进时中继间运行次数则降为四分之一,效率的提高是明显的.参考文献:高乃熙,张小珠.顶管技术.北京:中国建筑工业出版社1984.f2J余彬泉,陈传灿.顶管施工技术.北京:人民交通出版社1998.3】南野九辉.推进工法设计及施工,日本森北出版社,1981